GPS、基站、WiFi等各種定位原理及舉例

1、GPS定位。 GPS是大家耳熟能詳?shù)拿~了,它是由美國研究的一種定位方式。其系統(tǒng)由在軌道上運(yùn)行的30多顆衛(wèi)星(數(shù)字記不清了)和地面終端構(gòu)成。

在軌衛(wèi)星呢,是很多在太空中飛來飛去的衛(wèi)星,它們的軌道是有規(guī)律的:無論你在全球什么地方,至少同時(shí)有4顆衛(wèi)星在你頭頂,其實(shí)跟我們關(guān)系不大。

地面終端,其實(shí)就是我們通俗說的GPS,它可以接收你頭頂上那些飛來飛去衛(wèi)星的信號,然后根據(jù)信號計(jì)算出你當(dāng)前的位置。常見的終端有車載導(dǎo)航GPS、手機(jī)內(nèi)置GPS和徒步戶外GPS等。一般民用級別的精確度在10米左右。使用GPS時(shí),需要在室外空曠能接收到GPS衛(wèi)星信號的地方才可以,室內(nèi)基本無望。

它的特點(diǎn)是:不需要sim卡,不需要連接網(wǎng)絡(luò),只要在戶外,基本上隨時(shí)隨地都可以準(zhǔn)確定位。但是GPS啟動后搜索衛(wèi)星的時(shí)間比較多,一般需要2分鐘左右(俗稱冷啟動)。

?2、基站定位。 ?這是出現(xiàn)較晚的一種技術(shù),其原理也比較簡單。最初聽說是在2006年,中國移動推出過這么一款利用基站定位的手機(jī)地圖,還是塞班系統(tǒng)的,體驗(yàn)簡直弱爆了。

手機(jī)在插入sim卡開機(jī)以后,需要搜索周圍的基站信息(就是找信號),通常在有信號的地方,手機(jī)能搜索到的基站不止一個(gè),就像你的筆記本在小區(qū)里能搜到不止一個(gè)開著的路由器一樣。然后手機(jī)會自動從這些基站中選擇信號最好的(假如是基站A)連接注冊。其余的基站就不用了嗎?不不,手機(jī)仍然搜索著它們,一旦你離開基站A一段距離,基站A的信號不如基站B了,手機(jī)會自動切換成基站B。這也就是為什么同樣是待機(jī)一天,你在火車上比在家里耗電要多的原因,手機(jī)需要不停的搜索、連接基站。

當(dāng)手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋到一定程度的時(shí)候,基站定位也就應(yīng)運(yùn)而生了。

其原理如下:眾所周知,距離基站越遠(yuǎn),信號越差,所以用信號的強(qiáng)度可以大致估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近。好了,由于基站都是中國移動中國聯(lián)通等運(yùn)營商建立的,所以他們可以確定每個(gè)基站準(zhǔn)確的位置,當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少三個(gè)基站的信號時(shí)(現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋這是很輕松的一件事情),手機(jī)除了連接信號最好的一個(gè)外,同時(shí)根據(jù)基站信號的強(qiáng)弱,大致估計(jì)出距離基站的遠(yuǎn)近。由于基站位置是確定的,所以確定位置是很容易的,只需要以基站為圓心,距離為半徑多次畫圓即可,不過至少需要三個(gè)基站的信號才可以。

由于基站定位時(shí),信號很容易受到干擾,所以先天就決定了它定位的不準(zhǔn)確性,精度大約在150米左右,基本無法開車導(dǎo)航。定位條件是必須在有基站信號的位置,手機(jī)處于sim卡注冊狀態(tài)(飛行模式下開wifi和拔出sim卡都不行),而且必須收到3個(gè)基站的信號,無論是否在室內(nèi)。但是,定位速度超快,一旦有信號就可以定位,目前主要用途是沒有GPS沒有wifi的情況下快速大體了解下你的位置(比如可以使天氣預(yù)報(bào)走到哪兒更新到哪兒)。另外,如果你的手機(jī)里沒有基站位置數(shù)據(jù)包,還需要聯(lián)網(wǎng)才行。

?3、WiFi輔助定位。 wifi輔助定位周圍必須有wifi才可以!這個(gè)技術(shù)貌似最初是谷歌提出來的,目的是解決室內(nèi)精確定位,原理類似基站定位。

谷歌的工程師們是這樣想的:一個(gè)wifi熱點(diǎn)的覆蓋范圍僅有幾十米,全世界絕大多數(shù)的wifi熱點(diǎn)都是固定位置的,他們又擁有獨(dú)一無二的MAC地址(一種編碼,作用類似熱點(diǎn)的***號碼),如果應(yīng)用基站定位的原理,那么就可以獲得相當(dāng)精確的位置信息了??墒?,世界上那么多wifi熱點(diǎn),你總不能跑到各個(gè)國家,敲開市民的門去測量吧?谷歌想到了他的神器——谷歌地圖。

假如你的家里有個(gè)自己設(shè)立的無線路由器,經(jīng)常開機(jī),你的鄰居正在陽臺上用手機(jī)玩谷歌地圖,恰好他手機(jī)的wifi是開著的,不過沒有連接你家的熱點(diǎn)。當(dāng)你的鄰居用GPS準(zhǔn)確在地圖上定位后,谷歌服務(wù)器會記錄周邊的wifi熱點(diǎn)信息。正好,你的路由器開著,然后被記錄到數(shù)據(jù)庫了:某國家某省某市某小區(qū)某樓東側(cè)(其實(shí)是用經(jīng)緯度)有一個(gè)MAC地址為12-2e-3f-4a-09-3d的wifi熱點(diǎn)。幾天后你打算晚上吃川菜,于是連上你的路由器打開谷歌地圖打算搜索,這時(shí)你驚奇的發(fā)現(xiàn)沒開GPS,但是你的位置卻精確的定位在某國家某省某市某小區(qū)某樓東側(cè)。這是為什么呢?這就是wifi依賴定位:你打開谷歌地圖后,會上傳周圍的wifi熱點(diǎn)信息,然后2-2e-3f-4a-09-3d上傳到服務(wù)器上,服務(wù)器根據(jù)這個(gè)地址反饋你鄰居用GPS定位出來的經(jīng)緯度給你,從而實(shí)現(xiàn)精確匹配位置。當(dāng)世界上N多N多人重復(fù)上述定位的時(shí)候,谷歌就可以建立起來一個(gè)豐富而且強(qiáng)大的wifi熱點(diǎn)位置數(shù)據(jù)庫。

知道原理之后確定它的定位條件也不難:1、必須開啟wifi,無論是否連接某一個(gè)熱點(diǎn)。2、手機(jī)必須能上網(wǎng),移動數(shù)據(jù)或者wifi聯(lián)網(wǎng)皆可。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是,①定位精度高,wifi密集人流多的地方相當(dāng)精確;②速度快;③周圍的wifi即使連接不上也能定位。缺點(diǎn)也是顯而易見的:①wifi依賴!————沒有打開wifi就不能定位;②必須處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。

Wifi定位有眾多優(yōu)勢,這也就是為什么很多使用定位時(shí)會經(jīng)常跳出來詢問是否打開WIFI的原因了。

4、AGPS定位。 ?AGPS是Assisted Global Positioning System輔助全球定位系統(tǒng)的縮寫,是手機(jī)開始內(nèi)置GPS芯片以后發(fā)展起來的技術(shù)。關(guān)于這個(gè)名詞,國內(nèi)有些“小伙伴”容易把它與基站定位混淆。AGPS定位時(shí),必須有GPS模塊存在,如果沒有GPS模塊,這種定位是不起什么作用的。

由于GPS冷啟動時(shí),搜星速度很慢,大約2分鐘才能搜到。什么是冷啟動呢?就是GPS內(nèi)的衛(wèi)星位置信息清空了(比如 ①GPS初次使用 ②GPS電池耗盡 ③關(guān)機(jī)狀態(tài)下移動1000公里以上的距離或持續(xù)關(guān)機(jī)超過4小時(shí)),此時(shí)GPS需要一點(diǎn)一點(diǎn)的搜索衛(wèi)星信號,三十多顆衛(wèi)星呢,誰知道頭頂上的是哪一顆,挨個(gè)搜唄,搜搜南邊再搜搜北面

……于是搜星速度就很慢很慢了。

AGPS就是先利用基站大體定位下你所在的位置,然后通過網(wǎng)絡(luò)將這個(gè)位置發(fā)送到服務(wù)器,服務(wù)器根據(jù)這個(gè)位置將此時(shí)經(jīng)過你頭頂?shù)男l(wèi)星參數(shù)(哪幾顆、頻率、位置、仰角等信息)反饋給你的手機(jī),你手機(jī)的GPS就可以很有目的的去搜索衛(wèi)星,此時(shí)你的搜星速度大大提高,幾秒鐘就可以定位。

打個(gè)比方,GPS搜星就像在一家大型超市里找到一瓶百事可樂。冷啟動呢,就是這個(gè)超市很陌生,你不知道食品冷飲區(qū)在哪兒,需要一點(diǎn)一點(diǎn)的找。AGPS呢,就像你給超市經(jīng)理打了個(gè)電話,然后他告訴你百事可樂在二樓西南角靠近樓梯的位置。兩者搜星速度差別之大是顯而易見的。

那么,AGPS消耗流量多嗎?不多,每次定位,僅僅十幾kb的流量,一旦定位成功,剩下的活兒就交給GPS模塊處理,不用消耗流量了。為什么會有流量很多的說法呢?大概是這些小伙伴們沒有下載離線地圖……

所以,AGPS的優(yōu)勢就是搜星定位快,不管怎么啟動,秒定。缺點(diǎn)是,必須聯(lián)網(wǎng),如果你的機(jī)器不能上網(wǎng),或是手機(jī)停機(jī)了身邊又沒有wifi,是沒法應(yīng)用AGPS達(dá)到秒定效果的。還有,AGPS是需要特定服務(wù)器的,你不要指望把服務(wù)器改成www.CCTV.com仍然有秒定的效果。

總結(jié)一下:AGPS是輔助GPS定位的一種方法,支持GPS,不一定支持AGPS(比如有的古董機(jī)器不能上網(wǎng))。支持AGPS,一定支持GPS,但是這個(gè)GPS模塊不一定內(nèi)置在手機(jī)里,也有可能是需要額外購買外置藍(lán)牙GPS模塊(這種惡心型號是極少極少的,一般標(biāo)注AGPS基本就是都內(nèi)置GPS模塊了)。

像蘋果這種超級正規(guī)的公司,官網(wǎng)參數(shù)寫的是AGPS和Glonass。什么意思呢?就是內(nèi)置GPS模塊,能輔助定位,并且還支持另一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)Glonass。為什么蘋果的AGPS在網(wǎng)上會引起一番討論呢,因?yàn)樵缙诘氖謾C(jī)內(nèi)置GPS芯片成本很高精度也不行,某些廠商就想出了外置GPS模塊這種行為,所以像中關(guān)村這種IT站參數(shù)上就分出了GPS和AGPS來分別特指內(nèi)置GPS和輔助定位,為的還是賣點(diǎn)。所以,我覺得蘋果的標(biāo)注是最好的。

PS:既然GPS有冷啟動,就有熱啟動,什么是熱啟動呢?就是冷啟動搜完星之后它的星歷沒有丟失,條件如下①上次關(guān)機(jī)前的位置信息(經(jīng)緯度,高度)已知(所以在車庫內(nèi)關(guān)機(jī)下次就一定是冷啟動了); ②當(dāng)前時(shí)間、年歷、星歷已知(需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘支持)③距離上次關(guān)機(jī)時(shí)間不超過4小時(shí)(時(shí)間過長則星歷變化了,即以前的衛(wèi)星看不到了)。

5、Glonass定位。 ?Glonass是俄羅斯開發(fā)的一套定位系統(tǒng),原理跟GPS一樣,也是用很多很多天上飛的衛(wèi)星來定位。不同的是①Glonass芯片比GPS貴;②它抗干擾性能強(qiáng),陰天下雨高樓深壑的地方GPS可能就抓瞎了,Glonass卻仍然能正常工作;③北半球定位精度比GPS強(qiáng)一些;④搜星速度快。

目前Glonass主要見于高端機(jī)型,比如蘋果系列,HTC ONE等,都是GPS+Glonass雙系統(tǒng)導(dǎo)航,精度相當(dāng)之高,導(dǎo)航可以精確到車道。

6、北斗定位。 ?簡單點(diǎn)說就是國產(chǎn)的GPS,芯片據(jù)說比Glonass還貴,定位精度吹得比GPS,Glonass都要好,但是鑒于國內(nèi)媒體的尿性還有待觀察。目前最大用戶是中國軍方,民用方面非常不普及。有個(gè)亮點(diǎn)是北斗一代可以利用頭頂上的衛(wèi)星發(fā)短信,在沒有手機(jī)信號的時(shí)候很實(shí)用,有信號的時(shí)候就基本無用。民用能不能有這個(gè)功能不好說。

7、定位舉例。 ? 以某手機(jī)為例:

①最給力的定位是插上SIM卡,打開wifi,聯(lián)網(wǎng),啟動GPS和Glonass了。集以上所有定位方式于一身,除了北斗定位。

②關(guān)掉GPS選項(xiàng)。GPS,Glonass和AGPS都不行了,基站、wifi定位尚可。

③關(guān)掉wifi,移動數(shù)據(jù)打開,僅基站定位。

④啟動飛行模式,所有定位都停掉。

⑤打開wifi,聯(lián)網(wǎng),僅wifi定位工作。

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